Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Учебное пособие 800251

.pdf
Скачиваний:
10
Добавлен:
01.05.2022
Размер:
1.15 Mб
Скачать

ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНО- ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР

Для настройки качества регулирования СС по пере-

ходной характеристике используются – регуляторы. В СС применяются следующие типы регуляторов: П - пропорциональный или статический; И - интегральный или астатический;

ПИ - пропорционально-интегральный или изодромный; ПИД – пропорционально - интегрально-дифференци-

альный) .

Коэффициенты К ( или постоянные времени Т) называют параметрами настройки ПИД-регулятора..

Для СС большое значение, при аппаратной реализации, имеет чувствительность, то есть влияние отклонений параметров реальных элементов от их расчетных на качество регулирования по переходной характеристике.

П-регулятор по динамическим характеристикам является усилительным звеном, коэффициент передачи которого численно равен перемещению при единичном отклонении регулируемой величины от заданного значения, а передаточная функция определяется:

W(p) = K1,

где K1 - коэффициент передачи регулятора.

П-регулятор быстро приводит в исходное положение устойчивую статическую систему с позиционной ошибкой.

По мере увеличения коэффициента передачи регулятора П-регулятора уменьшается позиционная ошибка.

При значительном увеличении коэффициента передачи П-регулятора переходная характеристика имеет большое перерегулирование, а при дальнейшем увеличении коэффициента система становится неустойчивой.

21

Для устранения статической ошибки вводится интегральный И-регулятор.

Если на САУ не воздействует сигнал возмущения, то через некоторое время регулируемая величина стабилизируется на заданном значении.

При стабилизации пропорциональная составляющая

будет равна нулю, а выходной сигнал будет полностью обеспечиваться интегральной составляющей. При постоянном значении ошибки интегральная составляющая представляет линейно увеличивающуюся со временем величину. Интегральная составляющая закона регулирования – это задержка реакции изменение ошибки.

Это свойство используется для управления САУ c большой чувствительностью к изменению параметров и сигналов системы.

И-регулятор по динамическим свойствам соответствует интегрирующему типовому динамическому звену.

Выходной сигнал регулятора в САУ пропорционален интегралу от отклонения.

Передаточная функция И-регулятора:

W(s) = K2 / s ,

где K2 - коэффициент передачи регулятора. Дифференциальная составляющая (Д-регулятор) проти-

водействует предполагаемым отклонениям выходного сигнала от задающей регулируемой величины, как бы предугадывая поведение исполнительного двигателя. Эти отклонения возни-

кают при внешних воздействиях или при дистанционном управлении системой с запаздыванием. Чем быстрее регулируемая величина отклоняется от задающего сигнала, тем сильнее противодействие, создаваемое дифференциальной составляющей. Если скоростная ошибка становится постоянной величиной, дифференциальная составляющая перестает оказывать воздействие на сигнал управления.

22

ПИ-регулятор

(изодромный) обладает свойствами

П- и И-регуляторов и

обеспечивает в устойчивой статиче-

ской автоматической системе отсутствие позиционной ошибки, а в устойчивой астатической 1-го порядка СС отсутствие скоростной ошибки. Математическое выражение закона ПИрегулирования:

у(t) = К1*х(t) + К2 ∫ х(t)dt .

В И-регуляторе выходной сигнал мгновенно переходит в значение К1*х(t), а затем определяется произведени-

ем К2*t.

Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид:

W(s) = K (T*s+1) /s.

Параметры настойки ПИ-регулятора: коэффициент передачи К и постоянная времени Т.

ПИД-регуляторы воздействуют на объект пропорционально отклонению регулируемой величины, интегралу от этого отклонения и скорости изменения регулируемой величины.

Математическое выражение ПИД закона регулирова-

ния:

у(t) = К1*х(t) + К2* ∫ х(t)dt + К3*dх(t)dt .

где K1, К2 и К3 - коэффициент передачи регулятора. Передаточная функция ПИД-регулятора:

W(s) =К1 + K2/s + К3*s.

Однако широкое использование ПИД-регулятора в технических системах ограничено, так как требуется последовательная настройка трех параметров (К1, К2, К3), чем при использовании более простых П-, И-, ПИрегуляторов.

23

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА

Схема двухконтурной электромеханической следящей системы управления поворота руки промышленного робота в составе блока регулируемого электропривода и следящей системы представлена на рис. 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П.У.1

 

 

 

Б.Р.П.

 

 

 

 

 

Д.

 

Р.

Р.Р.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Roc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uп

 

 

 

 

 

 

 

ωдв

 

 

φр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z1

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z2

 

 

 

 

 

 

 

 

Uос

 

 

 

 

 

 

 

Uтг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-U

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д.О.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+U

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.

 

 

Схема

двухконтурной электромеханической

следящей системы управления поворота руки робота:

 

 

 

 

 

 

П.У.1

 

 

 

предварительный усилитель 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б.Р.П.

 

 

– блок регулируемого электропривода (предва-

рительный усилитель ПУ2 и усилитель мощности);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д.

 

– двигатель постоянного тока;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р.

– редуктор;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р.Р.

– рука робота;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д.О.С. – датчик обратной связи (датчик угла поворота);

 

 

 

 

 

 

 

Т.Г.

 

– тахогенератор (датчик скорости);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

напряжение задания угла поворота руки [ В];

Uп

напряжение с выхода предварительного усили-

теля [В];

 

 

напряжение в якорной цепи двигателя [В];

ωдв

угловая скорость вращения вала двигателя

[рад./с.];

 

 

φр

угол поворота руки [рад.];

+ Uп, -Uп – напряжение питания Д.О.С [В];

Uос

напряжение Д.О.С [В];

Uтг

напряжение тахогенератора [В].

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ И ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ

Дифференциальные уравнения элементов электромеханической следящей системы представляются:

ПУ: U(t) kÏÓ [UÇÓ(t) Uäîñ(t)]

ДПТ: TÌ Tß d2 âð(t) TM d âð(t) âð(t) kä Uí (t) dt2 dt

t

Редуктор: âð(t) kP âð(t)dt

0

ТГ: U(t) kÒÃ âð(t)

ДОС: UÄÎÑ (t) kÄÎÑ âð(t)

УМ: Tó dUí (t) UÍ (t) kó U(t) dt

Передаточные функции элементов определяются:

ПУ: WÏÓ (s)

U(s)

 

kÏÓ

 

 

UÇÓ(s) UÄÎÑ (s)

 

25

 

ДПТ: ä

 

âð(s)

 

kä

, Ì

ß

W

(s)

 

 

 

 

 

 

T

4T

UÍ (s) TÌ Tßs2

TÌ s 1

 

 

 

 

Двигатель постоянного тока сводится к передаточной функции типового звена 2-го порядка:

k

W(s) T2s2 2 Ts 1 ,

Редуктор:

ТГ: WÒÃ(s)

ДОС: WÄÎÑ

УМ: Wó(s)

Wð(s) âð(s) kð

âð(s) s

UÒÃ(s) kÒÃâð(s)

(s) UÄÎÑ (s) kÄÎÑ

 

âð(s)

 

 

UÍ (s)

 

kó

U(s)

Tós 1

 

 

 

1

 

TM

T

 

.

 

TMTЯ

 

 

TЯ

2

 

 

 

 

26

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЯ

Таблица 1 Параметры двигателя постоянного тока

Вариант

Р Мощность, кВт

яU Напряже- ,ние В

nЧастота вращения, мин/об

µ ,КПД %

,яR Ом

,яL мГн

,нJ м*кг

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

1

0.25

220

1120

57

15.47

424

0.004

2

0.37

220

1500

61.5

10.61

295

0.004

3

0.34

220

1000

60

12.2

264

0.005

4

0.55

220

1500

67.5

5.44

134

0.005

5

0.28

220

1500

63.5

11.7

372

0.004

6

0.18

220

750

53

23.55

906

0.005

7

0.53

220

2240

73

4.26

162

0.005

8

0.37

220

750

59.5

11.78

497

0.011

9

0.75

220

1500

71.5

3.4

163

0.011

10

0.42

220

750

61.5

7.87

415

0.012

11

0.63

220

1060

67

4.92

271

0.012

12

0.85

220

2360

78

1.99

122

0.012

13

0.6

220

800

60.5

5.07

92

0.015

14

0.8

220

750

63.5

3.68

61.5

0.018

15

0.45

220

1060

66

5.07

74

0.015

16

0.5

220

800

65.5

4.74

83.5

0.018

17

0.63

220

1060

68.5

3.13

65.5

0.018

18

0.75

220

1500

71

2.48

42

0.015

19

0.34

220

750

59.5

8.72

132

0.015

20

0.85

220

950

64

3.85

88

0.015

21

0.6

220

1600

72.5

4.38

161

0.011

22

0.37

220

1000

65.5

8.49

316

0.011

23

0.26

220

800

60.6

12.76

456

0.011

24

0.5

220

1000

66

7.05

231

0.012

 

 

 

27

 

 

 

 

Продолжение табл. 1

1

 

2

 

 

3

 

 

4

 

 

5

 

6

 

7

 

8

 

25

 

0.75

 

220

 

3150

 

 

77

 

2.28

 

99

0.005

 

26

 

0.37

 

220

 

1500

 

 

67.5

 

7.74

 

381

0.005

 

27

 

0.25

 

220

 

1120

 

 

61.5

 

13.25

362

0.005

 

28

 

0.55

 

220

 

3000

 

 

71

 

3.99

 

228

0.004

 

29

 

0.4

 

220

 

2200

 

 

58.5

 

6.84

 

151

0.004

 

30

 

0.9

 

220

 

2120

 

 

73

 

2.85

 

68

0.004

 

31

 

0.25

 

220

 

1100

 

 

58

 

15.2

 

412

0.004

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

Параметры

элементов

и параметры качества

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант

 

 

 

 

Кдос

Кр

 

 

 

σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kпу

 

 

 

 

 

Kтг

 

%

 

 

 

1

 

2

3

4

 

 

 

5

6

 

7

 

8

 

1

 

10

2,2

0,005

burster

 

 

0,01

0,0039

 

6

 

0,06

 

2

 

10

2,2

0,01

 

 

0,01

0,0032

 

6

 

0,06

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

10

2,2

0,015

датчикпотенциометрический

 

 

0,01

0,0049

 

6

 

0,06

 

4

 

10

2,2

0,02

EN8820

0,01

0,0027

 

6

 

0,06

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

10

2,2

0,025

 

 

 

0,01

0,0027

 

6

 

0,06

 

6

 

10

2,2

0,03

 

 

 

0,01

0,0059

 

6

 

0,06

 

7

 

10

2,2

0,035

 

 

 

0,01

0,0015

 

6

 

0,06

 

8

 

10

2,2

0,04

 

 

 

0,01

0,0068

 

6

 

0,06

 

9

 

10

2,2

0,045

 

 

 

0,01

0,0024

 

6

 

0,06

 

10

 

10

2,2

0,05

 

 

 

0,01

0,0053

 

6

 

0,06

 

11

 

10

2,2

0,055

 

 

 

0,01

0,0039

 

5

 

0,05

 

12

 

10

2,2

0,06

 

 

 

0,01

0,0011

 

5

 

0,05

 

13

 

10

2,2

0,065

 

 

 

0,01

0,0045

 

5

 

0,05

 

14

 

10

2,2

0,07

 

 

 

0,01

0,0049

 

5

 

0,05

 

15

 

10

2,2

0,075

 

 

 

0,01

0,0028

 

5

 

0,05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 2

1

 

2

3

4

 

 

 

5

6

7

8

16

 

10

2,2

0,08

burster

 

 

0,01

0,0038

5

0,05

17

 

10

2,2

0,08

 

 

0,01

0,0025

5

0,05

 

 

 

 

18

 

10

2,2

0,09

 

 

 

0,01

0,0017

5

0,05

19

 

10

2,2

0,095

датчикпотенциометрический

 

 

0,01

0,0046

5

0,05

20

 

10

2,2

0,02

EN8820

 

0,01

0,0043

5

0,05

 

 

 

 

21

 

10

2,2

0,025

 

 

 

0,01

0,0023

4

0,04

22

 

10

2,2

0,03

 

 

 

0,01

0,0041

4

0,04

23

 

10

2,2

0,035

 

 

 

0,01

0,0050

4

0,04

24

 

10

2,2

0,04

 

 

 

0,01

0,0046

4

0,04

25

 

10

2,2

0,045

 

 

 

0,01

0,0008

4

0,04

26

 

10

2,2

0,05

 

 

 

0,01

0,0025

4

0,04

27

 

10

2,2

0,055

 

 

 

0,01

0,0036

4

0,04

28

 

10

2,2

0,06

 

 

 

0,01

0,0010

4

0,04

29

 

10

2,2

0,065

 

 

 

0,01

0,0014

4

0,04

30

 

10

2,2

0,07

 

 

 

0,01

0,0017

4

0,04

31

 

10

2,2

0,005

 

 

 

0,01

0,0035

5

0,05

Для заданных параметров двигателя в табл. 1 приняты

следующие обозначения:

 

 

 

 

 

 

 

Р – мощность;

 

 

 

 

 

 

 

 

Uя – номинальное напряжение;

 

 

 

 

n – частота вращения;

 

 

 

 

 

 

 

µ

– коэффициент полезного действия;

 

 

Rя – сопротивление;

 

 

 

 

 

 

 

Lя– индуктивность;

 

 

 

 

 

 

 

Jн – приведенный момент инерции;

 

 

 

Для заданных параметров элементов системы и

качест-

ва регулирования в табл. 2 приняты следующие обозначения: Кпу = Кпу1 = Кпу2 – коэффициент передачи предвари-

тельного усилителя;

29

Ку – коэффицент передачи усилителя мощности (апериодическое звено);

Ту – постоянная времени усилителя мощности (апериодическое звено);

Кдос – коэффициент передачи датчика перемещения; Кр – коэффициент передачи редуктора; Ктг – коэффициент передачи датчика скорости.

σ– перерегулирование h(t) САР скорости;

допустимое отклонение h(t) СС и САР скорости от

hуст.

ВЕКТОРНО-МАТРИЧНОЕ ОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

При преобразовании структурной схемы, состоящей из типовых звеньев, следует использовать SS преобразования для каждого типового звена. Так апериодическое звено (усилитель мощности) может быть преобразовано:

W(s) =

k

 

 

k /Ts

.

 

 

Ts 1

1 1/Ts

На рис. 4 представлена структурная схема, реализующая

преобразованное апериодическое звено.

u

dx1/dt

 

 

x1 = y

 

K

 

 

 

 

1

 

 

T

 

 

 

 

 

 

S

 

 

1

T

Рис. 4. Преобразованное апериодическое звено

Для этой структурной схемы может быть получена сис-

тема уравнений пространства состояний со следующими параметрами:

A

1

,

B

k

, C 1,

D 0.

 

 

 

T

 

T

 

30